H2FROMPLASTIC: Desarrollo de un proceso para producir Hidrógeno a partir de Residuos Plásticos

El proyecto H2FROMPLASTIC, financiado en la convocatoria de proyectos de generación de conocimiento 2022 de la Agencia Estatal de Investigación, tiene como objetivo el desarrollo de un proceso en dos etapas para producir hidrógeno a partir de la valorización de residuos no reciclables procedentes de una planta de tratamiento de residuos sólidos municipales. En concreto, el proyecto se ha centrado en residuos plásticos mezcla y se ha basado en un proceso que incluye una primera etapa de pirólisis de los residuos plásticos seguido de una novedosa etapa de reformado de gases con vapor de agua y asistido con luz. El primer objetivo del proyecto ha sido una completa caracterización y cuantificación del plástico mixto no reciclable. A continuación, el proyecto se ha centrado en el estudio de varios sistemas catalíticos y condiciones de operación con especial interés en el análisis de la combinación de la temperatura y luz con el objetivo de identificar la sinergia entre las fuentes energéticas. Principalmente los materiales con los que se ha trabajado incluyen compuestos CeOx-TiO2, CoOx-TiO2 y basados en BixOx. También se han sintetizado materiales de óxido dopado como Ce/TiO₂ o Mn/TiO₂ y muestras compuestas (g-C₃N₄/TiO₂). Los métodos usados incluyen tratamientos térmicos, impregnación y reducción química y procesos mecanoquímicos. Como metales activos (co-catalizadores), se ha utilizado el Pt, Ni, Ru y el Co principalmente. Todos los materiales preparados han sido caracterizados para obtener información química, estructural, morfológica y electrónica para entender su respuesta catalítica. El esquema de valorización de los residuos plásticos se ha centrado en un proceso en dos etapas, una primera basada en la optimización del proceso de pirólisis para la obtención de unos vapores aptos para alimentar a una segunda etapa correspondiente al reformado de los mismos. Los principales productos contenidos en los vapores han sido metano, monóxido de carbono, hidrógeno, etano, dióxido de carbono y etileno. Por un lado, se ha realizado un reformado térmico-catalítico, donde se ha optimizado el proceso expresado en base a la actividad y selectividad a H2 (y otros productos) y por otro lado se ha realizado un reformado fotocatalítico con vapor de agua, evaluando la interacción energía-materia y la cinética intrínseca de las reacciones involucradas. El proyecto ha incluido también un análisis tecno-económico y ambiental de los procesos desarrollados. Se espera que los resultados del proyecto contribuyan a reducir el problema de la contaminación por residuos plásticos, aumentando la eficiencia de los recursos, ayudar a mitigar los problemas de usar fuentes de energía no renovables y reducir la emisión de gases de efecto invernadero.

Los objetivos del proyecto han sido los siguientes:
Caracterización de los residuos plásticos mezclados, procedentes de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos.
Desarrollo de catalizadores robustos pero heterogéneos (que responden a la luz) para ser utilizados en la etapa de reformado de gas con vapor.
Desarrollo de un proceso de pirólisis en dos etapas y un reformado en línea del gas asistido por luz para producir una fracción gaseosa con alto contenido de hidrógeno y un material de carbono de bajo costo como subproducto.
Análisis del potencial del proceso termocatalítico asistido por luz mediante evaluaciones del Análisis de Ciclo de Vida y Tecno-económicos.
Difusión, sensibilización social y promoción de los resultados tanto a la comunidad científica como a la sociedad.

La metodología del proyecto ha estado dividida en cinco paquetes de trabajo (WP):
El WP1 se ha centrado en la cuantificación, identificación y caracterización de los residuos plásticos de partida, de forma que se determinen los más adecuados para el estudio posterior.
El WP2 se ha dedicado a la aplicación de métodos sostenibles para el desarrollo de materiales catalizadores y su completa caracterización.
El WP3 se ha centrado en el estudio de los procesos. En concreto, se ha optimizado el proceso de pirólisis como primera etapa y, posteriormente, el análisis del proceso de reformado de gases con vapor termo y foto-catalítico, llegando al diseño y optimización del mismo.
El WP4 ha permitido realizar un estudio del impacto ambiental y tecno-económico del proceso desarrollado, como etapa necesaria para determinar su viabilidad de aplicación a una escala real.
Por último, el WP5 constituye las actividades de difusión y transferencia de los resultados del proyecto.

Los principales resultados del proyecto destacan el desarrollo de un catalizador de B-Co3O4/C optimizado para el proceso de pirólisis catalítica de los residuos plásticos. Se ha conseguido la eficiente separación del catalizador del char de pirólisis, permitiendo la recuperación del catalizador, y la obtención de una corriente gaseosa con propiedades similares a un gas de síntesis. También, se ha realizado la caracterización completa de las fracciones sólida y líquida del proceso de pirólisis para analizar sus posibilidades de valorización.
Igualmente, se ha desarrollado un sistema termo-fotocatalítico, con la optimización de un catalizador de B-Bi2O3, demostrando la alta estabilidad de las estructuras catalíticas desarrolladas y el efecto sinérgico de la combinación de la temperatura y luz. También se ha evaluado la interacción energía-materia y la cinética intrínseca de las reacciones involucradas.